Чому сучасні "автомати" мають 8-10 передач

Ми живемо у світі восьми-, дев’яти- та 10-ступінчастих автоматичних коробок передач. Звичайно, електромобілі мають просту одношвидкісну коробку передач, а ручна коробка передач незмінно залишається на п’яти-шести швидкостях за кількома винятками. Але у світі автоматики вам буде важко знайти менше восьми передач. Чому ж так сталось?

Читайте також: Названі моделі з найбільш проблемними "автоматами"

Щоб відповісти, нам потрібно спочатку трохи більше зрозуміти основи конструкції автоматичної трансмісії. Така коробка використовує серію планетарних передач, які з’єднані різними механізмами муфтами для забезпечення певних передавальних чисел. Один планетарний редуктор має кілька можливих передавальних чисел, але не всі вони корисні.

«Для одного планетарного редуктора фактично існує сім можливих передавальних чисел», — пояснює професор автомобільної галузі Університету Вебера Джон Келлі. «Деякі з них мають надто високі або низькі передавальні числа, які були б непридатними для використання, як-от передавальне число підвищеної передачі 0,2:1, п’ятикратне передавальне число. Але коли ви комбінуєте ці планетарні редуктори в різні комбінації поспіль, ви отримуєте десятки можливих передавальних чисел, тож ви можете просто вибирати, які вам потрібні».

Щоб створити трансмісію з більш придатними для використання передавальними числами, вам не обов’язково потрібно більше планетарних передач. Якщо поглянути на всю історію автомобілебудування, то можна знайти приклади чотириступінчастих автоматів з двома, трьома або навіть чотирма комплектами шестерень. Популярна восьмиступінчаста коробка передач ZF має чотири планетарні передаі, як і 10-ступінчаста коробка передач GM і Ford. Перший має п’ять зчеплень, а другий – шість, але суть залишається в силі. Наявність ще двох придатних для використання передавальних чисел переднього ходу не надто збільшує кількість компонентів.

«Якщо б я подивився на восьмиступінчасту коробку передач проти 10-ступінчастої, вам було б важко відрізнити їх», — каже Келлі.

ZF був першим, хто випустив на ринок шестиступінчасту автоматичну коробку передач. Ford, Aisin та інші ліцензували дизайн, який використовував два планетарні редуктори, об’єднані в один блок під назвою Ravigneaux, і один традиційну редуктор. Незважаючи на чотири окремі набори передач для восьмиступінчастої коробки передач, компанії вдалося вмістити все в пакет приблизно такого ж розміру та трохи легший загалом.

«З нашої точки зору, ми знайшли дуже розумне рішення для можливості перейти на вісім швидкостей, і спочатку всі казали: «Ну, нам не потрібні вісім швидкостей», — згадує д-р Альберт Дік, керівник проекту ZF, який вів розробку восьмиступінчастої трансмісії. «Це було на дуже ранній стадії розробки, тому ми провели кілька демонстрацій і виявили, що це просто чудово мати вісім швидкостей».

ZF дебютувала зі своєю восьмиступінчастою автоматичною коробкою передач 8HP у 2009 році, коли автовиробники почали тенденцію до скорочення. З меншим двигуном з турбонаддувом замість більшого безнаддувного агрегату корисне робоче вікно двигуна зменшується. Щоб отримати правильний баланс продуктивності, відгуку та економії палива, вам, загалом, потрібно більше передач.

«Єдиний спосіб утримувати двигун у його діапазоні потужності — це мати передачу, яка, коли [трансмісія] перемикається, не виводить [двигун] за межі діапазону потужності», — каже Келлі. «Отже, це дозволяє зберегти ілюзію потужного двигуна. Коли, якби ви взяли той самий двигун і поставили його з чотириступінчастою коробкою передач, ви б ненавиділи його».

У документі SAE за 2009 рік про перше покоління ZF 8HP інженери компанії відзначили, що восьмишвидкісна трансмісія сприяла 6-відсотковому збільшенню економії палива порівняно з існуючою шестишвидкісною. Багато в чому це сталося завдяки збільшенню форвардного коефіцієнта (допомогли й інші показники ефективності, знайдені в інших місцях). Перші версії 8HP мали розкид співвідношення 7,05, тоді як останні ітерації підвищують до 8,6 залежно від специфікації.

Економія та динамічність

«Автомобілі з 8-, 9- і 10-ступінчастою коробкою передач мають дуже низькі передаточні числа першої, другої, третьої передач..., які справді дають вам різке прискорення. Вони почуваються неймовірно», — каже Келлі. Ця жорстка передача прирівнюється до високого крутного моменту на колесах, що також сприяє буксирній здатності, що значною мірою пояснює, чому сучасні пікапи мають дедалі зростаючі показники буксирування.

Келлі вважає це найкращою у світі угодою. Насправді безступінчаста трансмісія (CVT) є найефективнішою з усіх типів трансмісій, оскільки передаточне число завжди є ідеальним для поточних умов експлуатації, якими б вони не були. Але CVT не є найнадійнішою коробкою передач, і клієнтам не подобається відчуття, тому традиційна автоматична трансмісія працює краще. З більшою кількістю передач ви можете наблизитися до ефективності CVT без недоліків.

Проте доктор Дік не бачить потреби у більш ніж восьми швидкостях. (ZF справді виготовляє дев’ятиступінчасту коробку передач, але це для позашляхових транспортних засобів, які не мають спеціальної роздавальної коробки низького діапазону. Наднизька перша передача імітує низький діапазон для бездоріжжя, але в більшості в умовах експлуатації ця коробка поводиться як восьмиступінчаста.)

«Мені здається, що це був 2018 рік у нас була дискусія з деякими клієнтами на тему: «Чи є сенс додавати більше передач?» Дік каже. «Ми чітко дійшли спільного висновку, що немає сенсу переходити на дев’ять чи десять швидкостей, нам потрібно переходити до гібридів, нам потрібно переходити до електрифікації».

Читайте також: Які авто з "автоматом" можна купити до 20 тисяч доларів

8HP з самого початку розроблявся з урахуванням гібридів, здатних підтримувати 48-вольтовий стартер-генератор, встановлений на кривошипі, або більший 400-вольтовий двигун у тандемі або замість гідротрансформатора. ZF також допомагає розвивати ці гібридні технології, тому є сенс зосередити корпоративні інвестиції саме там. Гібридна система дійсно допомагає вирівняти криву крутного моменту двигуна, значно збільшуючи його корисний робочий діапазон.

«Наші клієнти знають, що іноді батареї розряджаються, і тоді ви працюєте з двигуном внутрішнього згоряння, і тоді ви щасливі, що маєте свою восьмиступінчасту коробку передач», — каже Дік. «І, звичайно, коли ви їдете в гібридному режимі, ви навіть можете бути набагато кращими в ефективності, використовуючи, можливо, надмірний крутний момент для заряджання акумулятора».

Крім того, автовиробники люблять і розуміють 8HP, тому вони не хочуть переходити на щось нове. Розробка коробок передач надзвичайно дорога, тому Ford і GM об’єдналися над однією, тому нові з’являються лише тоді, коли це необхідно. Восьмиступінчаста працює, то навіщо її замінювати?